Was ist Plasmaschneiden?

Es gibt zwei Methoden zum Schneiden von Metallen: mechanisch und thermisch. Das Plasmaschneiden gehört zum thermischen Bereich, der ionisiertes Gas zur Metallbearbeitung verwendet. Es ist eine der häufigsten Techniken zum Schneiden von dicken Blechen. Bevor wir jedoch auf die Vorteile und Möglichkeiten des Plasmaschneidens eingehen, sollten wir uns eine weitere Frage stellen.

Was ist Plasma und wie funktioniert Plasmaschneiden?

Ohne Zweifel hast du von den drei grundlegenden Zuständen der Materie gehört - fest, flüssig und gasförmig. Es gibt jedoch einen vierten Aggregatzustand. Ja, das ist Plasma. Es kommt in der Natur vor, hauptsächlich in den oberen Schichten der Erdatmosphäre. Das berühmte Nordlicht ist das Ergebnis der Wirkung des Sonnenwinds, der gerade aus ihm besteht. Auch leichte und Hochtemperaturbrände enthalten es. Das Gleiche gilt für unsere Körper. Insgesamt macht es etwa 99 Prozent des sichtbaren Universums aus. Im Alltag begegnen wir ihm in Fernsehern, Leuchtstofflampen und Neonröhren sowie in Plasmaschneidern. Plasma ist ein elektrisch leitendes, ionisiertes Material, ähnlich wie Gas. Diese Ähnlichkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass in diesem Fall die Atome nicht ständig in Kontakt miteinander sind. Gleichzeitig verhält sich Plasma jedoch wie eine Flüssigkeit in Bezug auf die Fähigkeit, unter dem Einfluss von elektrischen und magnetischen Feldern zu fließen. Gase können durch intensives Erhitzen in Plasma umgewandelt werden. Aus diesem Grund wird es oft als ionisiertes Gas bezeichnet.

Wie funktioniert ein Plasmaschneider?

Die allgemeine Mechanik des Systems ist immer dieselbe. Plasmaschneider verwenden komprimierte Luft oder andere Gase, wie zum Beispiel Stickstoff. Das komprimierte Gas kommt mit den Elektroden in Berührung und ionisiert dann, wodurch ein höherer Druck entsteht. Wenn dieser steigt, wird der Plasmastrahl in Richtung des Schneidkopfes gedrückt. Die Schneidspitze begrenzt den Durchfluss und erzeugt einen Plasmastrahl. Da Plasma ein elektrischer Leiter ist, wird das zu bearbeitende Objekt durch den Schneidetisch geerdet. Wenn der Plasmabogen mit dem Metall in Berührung kommt, schmilzt seine hohe Temperatur es. Gleichzeitig bläst das Hochgeschwindigkeitsgas die geschmolzenen Metallstücke aus.

Plasmaschneidmaschine - Wie stellt man sie ein und wie wählt man die richtige Plasmaschneidgeschwindigkeit?

Wenn es um die Maschine selbst geht, sind die wichtigsten Fragen diejenigen, die mit Raum und Sicherheit zu tun haben. Im Gegensatz zu vielen Hobby-CNC-Systemen erfordert ein Plasmaschneider viel Platz in einem gut belüfteten Raum, um sicher betrieben werden zu können. Dies ist keine Maschine, die man sicher in einer Ecke verstecken kann, wie zum Beispiel ein 3D-Drucker. Der Raum um die Maschine herum ist als Puffer gegen alle verirrten Funken erforderlich. Ebenso sollten die Böden aus Beton oder anderen feuerfesten Materialien bestehen. Gas- oder Kompressoren und Computersysteme benötigen ebenfalls Platz. Der Plasmabogen kann die Funktion von elektronischen Systemen stören, daher ist eine ordnungsgemäße Erdung erforderlich. Der Computer muss an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) angeschlossen sein, um eine konstante und zuverlässige Stromversorgung während des Betriebs des Plasmaschneiders zu gewährleisten. Wenn Sie planen, Ihren eigenen CNC-Plasmaschneider einzurichten, stellen Sie sicher, dass die Werkstatt über die erforderliche Leistung (gemäß den Spezifikationen) verfügt. 

Arten von Gasen

Plasmaschneiden verwendet verschiedene Gase, abhängig von der Schnittqualität und der Art des Materials:

  • Sauerstoff kann für Weichstahl bis zu einer Dicke von 1 1/4 Zoll verwendet werden, aber auch für die Grobbearbeitung von Edelstahl und Aluminium.
  • Eine Mischung aus Argon und Wasserstoff wird für das glatte Schneiden von Edelstahl und Aluminium bevorzugt, da sie eine hohe Schnittqualität gewährleistet.
  • In kleineren Werkstätten ist komprimierte Luft das am häufigsten verwendete Gas. Es ist ideal für Anwendungen, die mit niedrigem Schneidstrom für Metalle bis zu einer Dicke von einem Zoll verbunden sind.
  • Andere Gase, die beim CNC-Plasmaschneiden verwendet werden, sind Stickstoff und Methan, die am häufigsten beim Schneiden von dünnem Edelstahl verwendet werden.

Handgeführte CNC-Plasmaschneidbrenner

Handplasma-Brenner sind günstiger, aber schwieriger auf einem CNC-Tisch zu installieren. Stromversorgungen für Plasmaschneider, die für den Handbetrieb vorgesehen sind, sind in der Regel viel günstiger als die für den mechanisierten Schnitt verkauften. Die besten Handbrenner für den CNC-Plasmaschnitt sind die IPT-40 und IPT-60 Varianten. Sie funktionieren gut bei niedriger Startfrequenz und kostengünstigen Verbrauchsmaterialien und verwenden eine zentrale Euro-Verbindung, die in der Zukunft auf Bleistiftbrenner erweitert werden kann.

Methodik des Schneidprozesses

Nicht alle Systeme funktionieren auf die gleiche Weise. Zunächst gibt es eine kostengünstigere Version, die allgemein als High Touch bezeichnet wird. Dies ist nicht geeignet für CNC-Plasmaschneider, da hohe Frequenzen die Arbeit moderner Geräte stören und Probleme verursachen können. Diese Methode verwendet einen Funken mit sowohl hoher Spannung als auch Frequenz. Der Funke entsteht, wenn der Plasmabrenner das Metall berührt, den Stromkreis schließt und so Plasma erzeugt. Eine andere Option ist die Methode des Lichtbogenzündens. Ein Hochspannungs- und Niedrigstromkreis erzeugt einen Funken innerhalb der Fackel. Dies erzeugt einen Pilotlichtbogen, der eine geringe Menge an Plasma ist. Wenn es das Werkstück berührt, entsteht ein Schneidlichtbogen und der Bediener kann den Schneidprozess beginnen. Die dritte Methode besteht darin, einen Plasmabrenner mit Federkopf zu verwenden. Das Drücken auf das Werkstück verursacht einen Kurzschluss, der den Stromfluss verursacht. Das Lösen des Drucks erzeugt einen Pilotlichtbogen. Der Rest der Sequenz ist der gleiche wie bei der vorherigen Methode. Das bedeutet, dass der Lichtbogen das Werkstück berührt.

Arbeitszyklus

Die meisten kleinen Plasmaschneider, insbesondere die für das Handschneiden konzipierten, können nicht kontinuierlich mit maximalem Strom arbeiten. Die Einschaltdauer bezieht sich auf die Länge der Zeit, in der das Gerät kontinuierlich oder mit Unterbrechungen innerhalb von zehn Minuten arbeiten kann. Zum Beispiel kann ein Plasmaschneider mit einer Einschaltdauer von 70% bei 50 Ampere 7 von 10 Minuten arbeiten, benötigt jedoch mindestens eine 3-minütige Pause, um eine sichere Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Wenn der Benutzer versucht, länger zu schneiden als die Nenn-Einschaltdauer, kann der Plasmaschneider die Leistung reduzieren oder sich vollständig abschalten. Bei mechanisiertem Plasmaschneiden ist es ideal, einen Plasmaschneider mit einer 100%igen Einschaltdauer bei der gewünschten Stromstärke zu haben, so dass man sich keine Sorgen um Verzögerungen bei der Planung der Bewegungen machen muss. Die meisten günstigen Plasmaschneider haben jedoch eine Einschaltdauer von etwa 40-60% bei maximaler Nennleistung, und der Benutzer muss darauf achten, nicht zu lange zu schneiden. In der Regel können höhere Einschaltdauern mit geringerer Leistung (geringerer Strom) erreicht werden. Wenn Sie bei 40A (bis zu 3/8 Zoll Material) schneiden möchten, wird empfohlen, einen 55A Plasmaschneider für höhere Einschaltdauern bei 40A zu kaufen.

Anforderungen an Stromversorgung und Luftzufuhr

Die maximale Dicke des Materials, das Sie zu schneiden planen, bestimmt die Stromstärke, die von der Plasmaschneidmaschine benötigt wird. In der Regel kann eine 20A-Schneidmaschine 1/8 Zoll (~ 3,1 mm) Material schneiden, wobei jede zusätzliche 10A Strom 1/8 Zoll Kapazität hinzufügt. Zum Beispiel wird 30A durch 1/4″ gehen, 40A wird durch 3/8″ gehen usw. Das mag offensichtlich sein, aber dickeres Metall ist schwerer. Vielleicht möchten Sie die Möglichkeit haben, Material mit einer Dicke von 1 Zoll (~25,4 mm) zu schneiden, aber kann Ihr Tisch das Gewicht dieses Materials tragen? Wenn ja, haben Sie die richtigen Werkzeuge zum Be- und Entladen von schweren Teilen (z.B. Hebebühnen)? Wenn Sie sich für eine Hochstrom-Plasmaschneidmaschine entscheiden, hat Ihr Gebäude eine Steckdose, die die richtige Menge an Strom liefern kann, ohne den Schalter zu betätigen? Wenn die Antwort "nein" lautet, müssen Sie elektrische Verkabelung mit dem richtigen Querschnitt verwenden und sogar einen zusätzlichen Stromversorgungspanel installieren. Eine Plasmaschneidmaschine verbraucht nicht nur elektrische Energie, sondern auch Druckluft. Die Druckluft aus der Düse der Plasmaschneidmaschine dient dazu, das geschmolzene Material während des Schneidprozesses auszublasen. Sie hält auch die Brenner kühl und lenkt den Plasmastrahl in eine enge Säule für präzises Schneiden. Ein unzureichender Kompressor führt zu schlechten Schneideergebnissen. Der Strom- und Luftbedarf einer Plasmaschneidmaschine sind einige der größten Hindernisse für CNC-Hobbyisten. Sie werden weniger lästig, wenn Sie sich auf das Schneiden von dünnem Material beschränken.

Vorteile und Nachteile des Plasmaschneidens

Vorteile

  • Möglichkeit zur Bearbeitung aller leitfähigen Materialien. Sauerstoff-Brennstoff-Schneiden eignet sich auch für dicke Metalle, ist jedoch auf Eisenmetalle beschränkt.
  • Ausgezeichnete Qualität für Dicken von 50mm bis 150mm.
  • Schnitte mittlerer Dicke sind relativ günstig.
  • Die beste Methode zum Schneiden von mittlerem und dickem Edelstahl und Aluminium.
  • CNC-Maschinen gewährleisten hohe Präzision und Wiederholbarkeit.
  • Möglichkeit des Wasserschneidens, wodurch sowohl die Wärmebeeinflussungszone als auch der Geräuschpegel reduziert werden.
  • Die Schneidkante ist kleiner im Vergleich zum Flammenschneiden.
  • Die Schnittgeschwindigkeit ist höher als beim Sauerstoffschneiden.
  • Durch Manipulation der Parameter kann dieselbe Maschine auch zum Plasmaschweißen verwendet werden.

Nachteile

  • HAZ* ist größer im Vergleich zum Laserschneiden.
  • Geschnittene Blätter sind nicht so hochwertig und die Toleranz ist nicht so präzise wie beim Laserschneiden.
  • Erreicht nicht die Schnittstärke von Flammen- oder Wasserstrahlschneiden.
  • Breitere Kanten als beim Laserschneiden.

*Die Wärmeeinflusszone (HAZ) ist ein nicht geschmolzener Bereich des Metalls, der aufgrund der Einwirkung hoher Temperaturen eine Veränderung der Materialeigenschaften erfahren hat. Diese Veränderungen der Materialeigenschaften sind in der Regel das Ergebnis von Schweißen oder Hochtemperaturschneiden. Die Wärmeeinflusszone ist der Bereich zwischen der Schweißnaht oder dem Schnitt und dem unberührten (ursprünglichen) Basismetall.

Für den ordnungsgemäßen Betrieb eines Plasmaschneiders ist die Anwendung der richtigen Schneidparameter, die optimale Auswahl der Plasmagase und die richtige Gasflussrate erforderlich. Wir hoffen, dass Sie nach dem Lesen des obigen Leitfadens Antworten auf diese Fragen finden werden.

Was sind die wichtigsten technischen Parameter von Stahl?